ט'/שבט/תשע"ג אילטם ELF Magnetic fields

Transcript

1 שדות מגנטיים ב ELF אורן הרטל אילטם סדר היום (±) 14:15-14:30 התכנסות ופתיחה. - 14:30-16:00 החשש משדות מגנטיים בתדר הרשת 1. המקורות לשדות מגנטיים שנאים, לוחות מתח נמוך וכבלים 2. מה ידוע על השפעות שדות מגנטיים בתדר הרשת 3. תקנים לאומיים ובינלאומיים להגבלת החשיפה לשדות מגנטיים 4. ניתוח מקורות עיקריים טיפוסיים לשדות מגנטיים - 16:00-16:15 הפסקה. - 16:15-17:30 פתרונות מיגון וסכוך 5. מיגון על ידי משטח מתכתי סופי ידי תא מסוכך 6. מיגון על 7. הגבלת שדות מכבלי מתח גבוה בשיטה אקטיבית 8. הגבלת שדה מגנטי מכבלים ומגבלותיה 9. דוגמאות של מיגון שבוצע 2 1

2 1. המקורות לשדה מגנטי ב ELF 3 מקורות לשדות מגנטיים בתדר הרשת H J כל מוליך נושא זרם גורם לשדה מגנטי :4 משוואת מקסוול וחוק "יד ימין": R I H I 2 R 4 2

3 כבל כוח טיפוסי-זוג חוטים מאוזן H pair I I d d 2 H 2 r r 5 המקורות העיקריים לשדות מגנטיים כבלי מתח נמוך בזרם גבוה 6 3

4 המקורות העיקריים לשדות מגנטיים כבלי פאזה במתח נמוך במוצא שנאי הספק 7 המקורות העיקריים לשדות מגנטיים פסי צבירה בלוחות מתח נמוך 8 4

5 חדר לוחות חשמל 9 המקורות העיקריים לשדות מגנטיים קווי מתח גבוה ועליון 10 5

6 המקורות בסביבתנו הקרובה ציוד חשמלי בבית ציוד חשמלי במקום העבודה 11 קרינה מציוד ביתי 12 6

7 מייבש שיער 13 שדה מגנטי כנשק אישי 14 7

8 רדיו ליד המיטה 15 קרינה ממכשור חשמלי במטבח 16 8

9 מה ידוע על השפעות שדות מגנטיים בתדר הרשת.2 17 סף רגישות אדם לזרם חשמלי 2mA/cm 2 עצבית עקב זרם עור משטחי של תגובה התגובה גורמת להתכווצות שרירים התופעה מוגדרת "אקוטית" סף מפסקי פחת מכוון ל,20mA להגנה בפני תופעה זו לקרינת RF בהבדל לחשיפה אין גורם זמן ללתופעה, 18 9

10 רגישות אדם לשדה מגנטי ב ELF אדם לשדה מגנטי רגישות 1 TESLA=10000mGauss PULSER 19 תופעות ביולוגיות בתגובה לשדה מגנטי מחקרים זיהו תגובות בשדה נמוך מ 1000mG המחקרים בוצעו במעבדה ואיתרו תנועת יוני נתרן, למשל, בצורההטבעת הטבעית שלא מחקרים דיווחו על קשר בין לוקמייה אצל ילדים בהשפעת שדה מגנטי נמוך (מגרש משחקים, שכונת הרכבת..) מחקרים אחרים שללו זאת לא הובחן שום ממצא אפידמיולוגי מובהק לקשר בין תחלואה לשדה מגנטי הציבור מבולבל ובעיקר-חושש מהשפעות החשיפה לאורך זמן כמו למשל מעישון מקור למידע:.WHO,ICNIRP,BEMS 20 10

11 Low level Magnetic field effects Categorized by W. H. O. as a class 2:possible carcinogenic. i Epidemiological studies point to increased chances for leukemia in Children, when exposed to fields above 2-4mG average over 24 Hours No Agreement that this is a health risk The precautionary principal is advocated There have been concerns that exposure to EMFs may be implicated in the development of long-term health effects, and in particular in the development of cancer. The NRPB Advisory Group on Non-Ionising Radiation has reviewed evidence from epidemiological studies for an association between the incidence of childhood and adult cancers and exposure to EMFs. It can be concluded from these reviews that there is no clear evidence of adverse health effects at the levels of EMFs to which people are normally exposed. The results of published epidemiological studies do not therefore provide a basis for restricting human exposure to EMFs. 11

12 Electromagnetic Fields and the Risk of Cancer: Report of an Advisory Group on Non-Ionising Radiation the epidemiological findings that have been reviewed provide no firm evidence of the existence of a carcinogenic hazard from exposure of paternal gonads, the fetus, children, or adults to the extremely low frequency electromagnetic fields that might be associated with residence near major sources of electricity supply, the use of electrical appliances, or work in the electrical, electronic, and telecommunications industries. 23 Research groups in ELF W.H.O., IRPA/ICNIRP, ACGIH, NRPB-UK BEMS 1998 ICNIRP Guidelines for Limiting Exposure to Time-Varying Electric, Magnetic and Electromagnetic Fields (up to 300 GHz): NRPB Advice on Aspects of Implementation ti in the UK 24 12

13 Statement by the National Radiological Protection Board NRPB-UK Direct effects For exposure to ELF fields, restrictions on exposure are expressed as values of current density induced in the body. The restrictions are intended to avoid the effects of induced electric currents on functions of the central nervous system, such as the control of movement and posture, memory, reasoning and visual processing. Exposure to much higher levels of EMFs has been reported to result in headaches and nerve and muscle stimulation. 25 הודעת המשרד לאיכות הסביבה מתוך אתר האינטרנט של המשרד: השפעות בריאותיות מקווי מתח גבוה חשיפת האוכלוסייה לקרינה אלקטרומגנטית בתדר רשת החשמל תאריך עדכון: 26/10/2004 השפעות בריאותיות מקווי מתח גבוה על אוכלוסייה הנמצאת בקרבתם נחקרים בעיקר באמצעות סקרים אפידמיולוגיים. מחקרים רבים שנעשו על חשיפה לשדות ELF מציגים כמה וכמה סתירות בניהם. לא ניתן לקבוע בוודאות שקיימים סיכונים בריאותיים משדות חשמליים ומגנטיים בקרבת קווי מתח גבוה ותחנות השנאה (טרנספורמציה). קבע ההמלצות של ארגון הבריאות העולמי (WHO) בהתבסס על המשרד לאיכות הסביבה סף החשיפה הבריאותי לשדה מגנטי מיליגאוס ולשדה חשמלי 5000 וולט למטר. סף זה מתייחס לחשיפה אקוטית קצרת מועד ואינו מתייחס לסיכוני תחלואה במחלות קשות

14 3. תקנים לאומיים ובינלאומיים להגבלת החשיפה לשדות מגנטיים 27 ICNIRP Recommended limits of exposure, General public Frequency Range E-field strength (V/m) H-field strength (A/m) B-field (μt) Up to 1 Hz Hz - 8 Hz /f /f 2 8 Hz - 25 Hz /f 5 000/f khz khz 250/f 4/f 5/f 0.8 khz - 3 khz 250/f khz khz MHz - 1 MHz /f 0.92/f S eq Equivalent plane wave power density (W/m²) 1 MHz - 10 MHz 87/f ½ 0.73/f 0.92/f 10 MHz MHz MHz MHz 1.375f ½ f ½ f ½ f/200 2 GHz GHz

15 מעודכן לתאריך תקפות צפיפות שטף מגנטי mg גוף בינלאומי או מדינה WHO 1000 האיחוד האירופאי הנחיות לצורך אכיפה 1000 בריטניה צו משרד האנרגיה 1000 צרפת הנחיות בלתי מחייבות 1000 הולנד החלטה בין משרדית 1000 בלגיה הנחיות זמניות 1000 אוסטרליה תקן ארצי בלתי מחייב 1000 ניו-זילנד חוק 1000 אירלנד חוק 1000 צ 'כיה חוק 750 פולין חוק 1000 פינלנד חוק 1000 יון הנחיות בלתי מחייבות 1000 סינגפור הנחיות בלתי מחייבות 1000 טייוואן הנחיות בלתי מחייבות 1000 אוסטריה תקנות 1000 גרמניה גוף בינלאומי או מדינה איטליה הערות תקפות צפיפות שטף מגנטי mg רגעי שעות מעל חוק 100 תכנוני 30 מעודכן לתאריך 30 צו משרד האנרגה האנרגיה ספרד יפן התחשבות במבנים 30 שבדיה מאוכלסים, בי"ס 30 דנמרק תקנות פטור אם ננקטו אמצעים שוויץ 10 סבירים חוק 100 רוסיה גבול מעבר קווי הולכה פלורידה הצעה < 10 הולנד /בלגיה 1000 תקנה סף בריאותי מידע לציבור סף סביבתי 2006 ישראל 30 15

16 Swiss limits 10mGauss 10mGauss 10mG 10mG 31 ומה קורה בארצנו? 32 16

17 רמות חשיפה לכלל הציבור בישראל הגורם המקצועי - המשרד להגנת הסביבה לפי 1000mG,ICNIRP החוק עד שנת 2000 משנת 2000 עד 2003 גם 10mG לחשיפה ממושכת, כהמלצה בשנת 2005 סיכום וועדת מומחים ההיזהרות, בלי סף. עקרון 33 הסף בישראל לחשיפה ממושכת חוק הקרינה הבלתי מייננת, אין סף בשנת 2006 הצעת משרדי הג"ס והבריאות בשנת 2011 הסף המוצע: 4mG בממוצע ביממה בתנאי עומס טיפוסי מכסימאלי, במבנים מאוכלסים דרך קבע, מעל 4 שעות ביום 5 ימים בשבוע

18 הצעת משרדי הג"ס ובריאות 35 פרטי ההצעה של שני המשרדים 36 18

19 מכאן עד חוק מחייב הדרך ארוכה על פי חוק הקרינה הבלתי מייננת, קביעת הסף כחוק מחייבת הסכמת משרדי התשתיות והאוצר במשרד התשתיות יש לחברת החשמל משקל לא צפוי ערך סף כמותי נמוך בעתיד הנצפה 37 סיווג השדה המגנטי כמסרטן על ידי הארגון הבינלאומי W.H.O. השדה המגנטי והקפה (!) באותה קטגוריה כמסרטנים אפשריים. יש קפה בהפסקה

20 4. ניתוח מקורות עיקריים טיפוסיים לשדות מגנטיים קווי מתח עליון כבלים תלת פאזיים שנאי הספק לוחות מתח נמוך 39 קווי מתח עליון עם שיכול פאזות.1 4 מטר 4 מטר 14 מטר 4 מטר 4 מטר T S R R S T מעגל 2 מעגל 1 I I I R S T j 2 t 3 I0 e I I 0 0 e e j 0 j 2 t 3 קו מתח עליון 161 קילו-וולט 40 20

21 מודל של השדה המגנטי מקווי מתח עליון Y r d θ h B y B θ B x B B 6 x B i 1 y B 0 I 2 I B,.. Tesla,.. mgauss 2 r r 6 Bi 1 B X 2 x x y B 2 y 41 השדה המגנטי מקווי מתח עליון זרם בכל מעגל= 500A, פאזות משוכלות 42 21

22 השדה המגנטי מקווי מתח עליון זרם=,500A/50A פאזות משוכלות 43 השדה סביב קווי מתח עליון 44 22

23 קו מתח עליון תת קרקעי פני קרקע y x h T R S D 45 שדה מגנטי מכבל מתח עליון תת קרקעי זרם פאזה = 750A 46 23

24 שדה מגנטי מזוג כבלי מתח עליון תת קרקעיים זרם פאזה= 270A/70A שדה מגנטי מכבלים תלת פאזיים R T S N 48 24

25 המרחק מכבל תלת פאזי לשדה 10mGauss השדה המגנטי מלוחות מתח נמוך השדה המגנטי מלוחות מחת 100A בדרך כלל זניח בלוחות מעל 200A הזרם מועבר בפסי צבירה בלוחות טיפוסיים פסי הפאזות בקבוצה, ומרוחקים מפסי האפס וההארקה המרחק הזה גורם ללולאות זרם גדולות המפיקות שדה מגנטי כאשר יש אי איזון בין זרמי הפאזות

26 מודל לשדה מגנטי בלוח חשמל טיפוסי רצפת קומה 1 מעל חדר חשמל 1.2 מ 0.07 מ פסי צבירה - פאזות 0.1 מ לוח חשמל- מבט צד 5 מ 2 מ חשמל- לוח מבט חזית פס צבירה - ניוטרל 51 שדה מגנטי 5 מטר מעל ללוח חשמל עם זרם של 1000A 52 26

27 שדה מגנטי מול לוח חשמל עם זרם של 1000A מבנה מודל לשדה מגנטי משנאי הספק d R ds h d T N כבל תלת פאזי ללוח החשמל h R S T N R S T d R ds d T 54 27

28 מודל לולאה קטנה לקווי מתח נמוך משנאי θ r B r θ B θ B B i B r B 2 I a 3 r 2 B cos B sin a I B B 2 ( ) ( B ) i i r R, S, T R, S, T 2 55 שדה מגנטי 5 מטר מעל שנאי יבש עם 1000A 56 28

29 הגבלת שדה מגנטי משנאי-צמצום מרחק בין הדקי מתח נמוך-שנאי עם קירור שמן 15 ס"מ 57 שדה מגנטי 5 מטר מעל שנאי בעל קירור שמן עם 1000A 58 29

30 הגבלת שדות מגנטיים 59 טכניקות להגבלת שדות מגנטיים התרחקות מהמקור שטח הלולאה בה זורם הזרם: הקטנת שימוש בפסי צבירה במקום כבלי פאזות מהשנאי שימוש בכבלים מפותלים צמצום המרחק בין פסי צבירה בלוחות חשמל, והזנה מרכזית שימוש בשנאי עם קירור שמן במקום בשנאי יבש/יצוק מיגון של אזור המקור או של האזור הנפגע או שניהם הגבלה אקטיבית של השדה המגנטי 60 30

31 שנאי יבש עם פסי צבירה 61 הגבלת שדה מגנטי משנאים וכבלי מתח נמוך שנאי עם קירור שמן, ופסי צבירה 62 31

32 מיגון כבר בימי הביניים הייתה מודעות להשפעות הקרינה 63 מיגון להגבלת שדות מגנטיים ב ELF משטחי מתכת מגבילים שדה מגנטי על ידי החזרה בגלל הפרש בין עכבת הגל באוויר לזו שבמתכת בליעה ההחזרה תלויה בעיקר במוליכות המתכת ובמרחקה מהמקור = אלומיניום טוב מפלדה הבליעה תלויה בעיקר בחדירות המגנטית של המתכת ובעובייה = פלדה טובה מאלומיניום באותו עובי 64 32

33 מיגון על ידי החזרה R db r log10 ( ) 2 f r MHz f = frequency σ r = Relative conductivity μ r = Relative permeability r = Distance of shield from source, m r m 65 אלומיניום כממגן באמצעות אפקט ההחזרה 66 33

34 מגבלות האלומיניום כממגן כנגד שדות מגנטיים תנאי שפה אלקטרומגנטיים קובעים: שדה מגנטי ניצב למשטח מוליך נבלם (בגלל זרמי מערבולת) שדה מגנטי מקביל למשטח מוליך עובר ללא הפרעה בחיים, השדות המגנטיים כוללים רכיבים בכל ורק השדה הניצב למשטח ייבלם. הכיוונים, מעשית ברוב המקרים מנחית האלומיניום את השדה למחצית ערכו. 67 דוגמה למגבלות האלומיניום כממגן נגד שדה מגנטי מחוט נושא זרם משטח אלומיניום 68 34

35 דוגמה למגבלות האלומיניום כממגן כנגד שדה מגנטי מזוג חוטים מאוזן (כבל כוח) משטח אלומיניום 69 מיגון שדה מגנטי על ידי בליעה SE 131 t t Thickness, m f Relative. Permeability r r A m Hz Re lative. Conductivity r r 70 35

36 סוגי מתכות מגנטיות למטרות מיגון ELF HITACHI 71 מיגון בבליעה במספר שכבות מאותו החומר מגנטי ב 50Hz SE N log ( SE1 10 N ) 72 36

37 פלדת סיליקון כחומר מיגון מגנטי Silicon Steel משמשת בשנאים ומנועים בעלת חדירות יחסית בסביבות בעלת יכולת רוויה גבוהה ניתנת בתצורה מכוונת או לא מכוונת (עדיפה למיגון) Grain Oriented or Non Oriented 73 שיטות מימוש מיגון או חלק מחדר משטח חלקי, מיגון מלא על כל החדר מיגון במתכת אחת שימוש במספר מתכות בשכבות 74 37

38 5. מיגון על ידי משטח סופי חיפוי חלק של חדר, קיר, רצפה וחלק מהקירות. על יעיל כאשר הפער בן בין השדה הקיים לרצוי פתרון לא גדול ישים למשל כנגד שדה מלוח חשמל מעבר לקיר קשה לתכנן את המיגון במדויק בגלל עקיפת המיגון קצות השדה את ממומש באלומיניום, פלדה, פלדת שנאים ומתכות מגנטיות, בשכבה אחת או יותר. 75 שפיית שדה מגנטי סביב משטח אידיאלי סופי מקור לשדה מגנטי משטח מיגון אידיאלי בעל מימדים סופיים 76 38

39 אומדן פשטני של ניחות שפיה מעבר לקצה המיגון B B 2W Shield Plate 2L 0 4 i 1 1 k ( D iu D ib D 1U D 1B ) 2. y H B@ Test Point Y. h x X. Path through the Metal Plate Trafo LV Cable Loops B O =Magnetic from the loops 77 אומדן השדה המגנטי מעבר למשטח מיגון אידיאלי סופי 78 39

40 התחשבות במיגון מעשי של משטח סופי 79 מיגון קיר עם שכבת אלומיניום 80 40

41 מיגון קיר עם לוחות פלדת סיליקון על אלומיניום 81 מיגון חלקי בדופן מגרעת של לוח חשמל פלטת מיגון 82 41

42 מיגון פינה 83 חיפוי רצפה כנגד שדה מגנטי מקומה תחתונה פלדה בדוד PVC אלומיניום 84 42

43 6. מיגון על ידי תא מסוכך מוקף אזורים המקור נדרש בתנאי ק ןקיצון-כאשר פגיעים, למשל- חדר חשמל בין קומות מגורים. אין מודלים טובים לתכנון המיגון. משתמשים בנסיון ובמקדמי בטחון. פתחים גדולים בעייה דלתות, חלונות, כניסות מיזוג 85 חיפוי פנימי של חדר חשמל בלוחות אלומיניום 86 43

44 יעדים להנדסת מיגון ב ELF רוב הביצוע מסתמך על ניסיון ומזל קשה לאמוד מראש את היקף שטח והרכב המיגון איך משפיעה צורת וכיוון השדה על ביצועי המיגון איך משפיעות שכבות של מתכת מה סוג המתכת העדיף מה סדר השכבות מה המרחק בין השכבות רצוי בידוד בין שכבות האם וכו... מודלים של Finite Elements ואחרים למשל של ANSOFT הגבלה אקטיבית של שדה מגנטי ב ELF טכניקה ידועה להגבלת שדה למכשור רגיש כגון אלקטרוניים סורקים SEM מיקרוסקופים שימוש בלולאות הלמהולץ תלת ציריות ליצירת שדה מגנטי בעצמה שווה ובכיוון הפוך לשדה הקיים, בדומה להגבלת רעש אקטיבית. הרחבת השיטה להגבלת שדות באזורים של מבנים החשופים לשדה מקווי מתח סמוכים

45 הגבלה מקומית של שדה מגנטי סביבתי-עקרונות 89 הגבלה מקומית של שדה מגנטי סביבתי - דוגמאות 90 45

46 עקרון השיטה לולאת זרם קווי מתח עליון B P B C B 0 חישני שדה מגנטי בקר- מגבר B 0 = B P -B C 91 נקודות עיקריות השדה המבטל צריך להיות הפוך לשדה הסביבתי באמפליטודה בפאזה בכיוון (אנכי ואופקי) כל הזמן, כולל תוך שינויים בשדה הסביבתי דרישות אלו מחייבות: יותר מלולאת זרם אחת ניטור קבוע של השדה הסביבתי ומשוב למערך הביטול יצירת שדה מנוגד בעל צורת השדה הסביבתי 92 46

47 נקודה לתשומת לב הקטנה אקטיבית של השדה במקום אחד מגדילה במקום אחר אותו להלן: "חוק שימור הבאסה" המצטרף לשאר חוקי השימור הפיזיקאליים. = = 93 B, mg 20 חישוב של השדה המגנטי בלי ועם ביטול אקטיבי Magnetic Field Profile Calculation Active Shielding Performance for 360A / 630A Load Levels Before Active Shielding Levels After Active Shielding 14 Magnetic Field (mg) <-- Building A הבניין המוגן שדה סביבתי 4 2 שדה לאחר ביטול אקטיבי Distance from Power line (m) מרחק מעמוד המתח, מטרים 47

48 הגבלה אקטיבית של שדה מגנטי מקווי מתח עליון 95 חישן ובקרי שדה מגנטי בהגבלה אקטיבית של שדה מגנטי 96 48

49 מגבר הספק להזנת מערך הגבלה אקטיבית הגבלת שדה מגנטי ב ELF מכבלים זו בעיה! 2 מ"מ עד חתך של 120 מ פיתול. הפתרון היעיל ביותר ניתן להשיג כבלים תלת פאזיים עם פיתול כל 10 קטרים. מבנה תלת פאזי אינו מקטין שדה מגנטי בהרמוניות כפולות.3 n) (120 0 X3n=360 0 פטנט ארליצקי/סופריור לכבל דל שדה מגנטי 98 49

50 B השדה המגנטי מזוג חוטים מאוזן ומפותל I 0 q I 0 ( q) e p r 2 r p,.. Tesla p d q,.. helix.. parameter d p I d helix.. diameter,.. m r p helix.. pitch.. of.. twist.., m r dis tan ce.. from.. cable.., m I 0 ( q) 0 th.. order..modified.. bessel.. function.. of.. the.. first.. kind 99 ניחות השדה המגנטי ביחס לכבל לא מפותל

51 כבלי ארליצקי-סופריור דלי שדה מגנטי 101 השוואה בין השדה המגנטי מכבלי סופריור שונים ביחס שדה לכבל רגיל D E F

52 סיכוך כבלים בתעלות 103 מגבלות פיתול וסיכוך כבלים סיכוך בתעלה יכול להנחית עד. 10-6dB זליגות דרך ההארקה פוגעות ביכולת להגבל להגביל את השדה על ידי סיכוך ופיתול. הגבלת הזליגה לארקה על ידי משנק Common Mode ביטול פסיבי על ידי כבל מוארק בשתי הקצות במקביל לכבל ביטול אקטיבי בכבלים טכניקה לא מוכרת

53 פגימה ביעילות הפיתול בגלל זליגה I-I L h I L 105 הגבלת שדה מגנטי ב ELF מלוחות מתח נמוך הקטנת שטח הלולאה בין פסי הפאזות לאפס על ידי קירובם הזנה מרכזית ללוח וחלוקה לעומסים בצורה סימטרית מהמרכז סיכוך לוח החשמל או חלקו

54 שדה מגנטי בגובה 1 מ מלוח חשמל עם 1000A עם פסי צבירה מקובצים, במרחק 5 ס"מ אחד מהשני 107 סיכוך לוח חשמל

55 בדרך רכבות חשמליות 109 סיכום נקודות עיקריות מקור השדה המגנטי הוא זרם דרך לולאה יש חשש מהשפעות, שאין להן ביסוס אפידמיולוגי עקרון "הזהירות המונעת" מנחה את משרד להגנת הסביבה. ערכי חשיפה מוזכרים הם 10-2mGauss הגבלת השדה נעשית על ידי התרחקות, הקטנת קיבוץ פסי פאזות ואפס,כבלם כבלים שטחי לולאות: מפותלים ומאוזנים, סיכוך והגבלה אקטיבית. כל זה עולה לנו בכסף

56 משמעויות כספיות של הגבלת שדות מגנטיים (הפתרון ומחירו תלוי בתרחיש) התרחקות ממקור השדה אובדן שטח פעילות אדם לא משמעותי עם פסי צבירה מקובצים לוח חשמל שימוש בכבלים מפותלים לא מייקר, מגדיל קוטר כבלי ארליצקי/סופריור מייקר ומגדיל את הכבילה הקטנת שטח הקרינה פסי צבירה כ מיגון שטח למטר מרובע 30,000 ביטול אקטיבי למבנה חד קומתי 111 אם יש שאלות שיש לי עליהן תשובות- אשמח לענות